[QNINT] Corrosão Um Exemplo Usual de Fenômeno Químico

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Corroso: um exemplo usual de fenmenoqumico

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Fbio Meron, Pedro Ivo Canesso Guimares, Fernando Benedito Mainier

Originalmente publicado em Qumica Nova na Escola, n. 19, maio 2004

Edio: Leila Cardoso Teruya

Coordenao: Guilherme Andrade Marson

De um modo geral, a corroso um processo resultante da ao do meio sobre umdeterminado material, causando sua deteriorao. A primeira associao que se faz com a ferrugem, a camada de cor marrom-avermelhada que se forma em superfciesmetlicas. Apesar da estreita relao com os metais, esse fenmeno ocorre em outrosmateriais, como concreto e polmeros orgnicos, entre outros. Sem que se perceba,processos corrosivos esto presentes direta ou indiretamente no nosso cotidiano, poispodem ocorrer em grades, automveis, eletrodomsticos e instalaes industriais.Do ponto de vista econmico, os prejuzos causados atingem custos extremamente altos,resultando em considerveis desperdcios de investimento; isto sem falar dos acidentese perdas de vidas humanas provocados por contaminaes, poluio e falta de seguranados equipamentos. Estima-se que uma parcela superior a 30% do ao produzido nomundo seja usada para reposio de peas e partes de equipamentos e instalaesdeterioradas pela corroso (Nunes e Lobo, 1990). Cientificamente, o termo corroso temsido empregado para designar o processo de destruio total, parcial, superficial ouestrutural dos materiais por um ataque eletroqumico, qumico ou eletrol tico. Com basenesta definio, pode-se classificar a corroso em: eletroqumica, qumica e eletroltica.

Corroso eletroqumica

A corroso eletroqumica um processo espontneo, passvel de ocorrer quando o metalest em contato com um eletrlito, onde acontecem, simultaneamente, reaes andicase catdicas. mais freqente na natureza e se caracteriza por realizar- senecessariamente na presena de gua, na maioria das vezes a temperatura ambiente e

com a formao de uma pilha de corroso. Como exemplo, tem-se a formao daferrugem(Equaes 1 a 6).

Reao andica (oxidao):Fe Fe2++ 2e (1)Reao catdica (reduo):2H2O + 2eH2+ 2OH (2)Neste processo, os ons Fe2+migram em direo regio catdica, enquanto os onsOH direcionam-se para a andica. Assim, em uma regio intermediria, ocorre aformao do hidrxido ferroso:Fe2++ 2OHFe(OH)2 (3)

Em meio com baixo teor de oxignio, o hidrxido ferroso sofre a seguintetransformao:3Fe(OH)2Fe3O4+ 2H2O + H2 (4)Por sua vez, caso o teor de oxignio seja elevado, tem-se:2Fe(OH)2+ H2O + 1/2 O22Fe(OH)3 (5)2Fe(OH)3Fe2O3.H2O + 2H2O (6)

Assim, o produto final da corroso, ou seja, a ferrugem, consiste nos compostos Fe3O4(colorao preta) e Fe2O3.H2O (colorao alaranjada ou castanho-avermelhada). Outroexemplo desse tipo de corroso ocorre quando se colocam dois metais diferentes ligadosna presena de um eletrlito. Na Figura 1, tem-se o exemplo de uma pilha galvnica,

onde a rea andica (Fe) sofre o desgaste. O eletrlito uma soluo condutora oucondutor inico que envolve simultaneamente as reas andicas e catdicas.

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Figura 1: Pilha de corroso eletroqumica com dois eletrodos diferentes (adaptadode Nunes e Lobo, 1990).

Um outro exemplo desse tipo de corroso, agora em um monumento histrico, apresentado na Figura 2.

Figura 2: Corroso eletroqumica, decor- rente da exposio atmosfrica, nogradil em monumento de ferro fundido situado na Praa Tiradentes (Centro do Riode Janeiro): (a) vista da coluna do gradil; (b) detalhe ampliado da base da coluna.

A intensidade do processo de corroso avaliada pela carga ou quantidade de ons que

se descarregam no catodo ou pelo nmero de eltrons que migram do anodo para ocatodo, sendo que a diferena de potencial da pilha(ddp) ser mais acentuada quantomais distantes estiverem os metais na tabela de potenciais de eletrodo - Tabela 1(Nunes e Lobo, 1990).

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Corroso qumica

A corroso qumica, tambm conhecida como seca, por no necessitar de gua,corresponde ao ataque de um agente qumico diretamente sobre o material, semtransferncia de eltrons de uma rea para outra. No caso de um metal, o processoconsiste numa reao qumica entre o meio corrosivo e o material metlico, resultandona formao de um produto de corroso sobre a sua superfcie. Um exemplo desseprocesso a corroso de zinco metlico em presena de cido sulfrico:Zn + H2SO4 ZnSO4+ H2(7)Os polmeros (plsticos e borrachas) tambm podem sofrer corroso, ou melhor, umadegradao, pela ao do meio, de solventes ou de oxidantes enrgicos. Nessa corroso,as reaes qumicas levam ciso das macromolculas, em geral com comprometimentodas propriedades fsicas e qumicas do material, como ocorre na hidrlise do

poli(tereftalato de etileno) (PET), apresentada na Equao 8. Dessa forma, h adescaracterizao do material com a perda da rigidez e da flexibilidade, acarretando oseu desgaste, alm de mudanas no seu aspecto.A destruio do concreto, observada nas pontes e viadutos, tem como uma de causas acorroso qumica, devida ao dos agentes poluentes sobre seus constituintes(cimento, areia e agregados de diferentes tamanhos). Essa corroso tambm afeta aestabilidade e durabilidade das estruturas, sendo muito rpida e progressiva. Fatoresmecnicos (vibraes e eroso), fsicos (variao de temperatura), biolgicos (bactrias)ou qumicos (em geral cidos e sais) so os responsveis por esse processo (Gentil,2003).

O concreto constitudo principalmente por silicatos e aluminatos de clcio e xido deferro, que se decompem ao entrar em contato com cidos, conforme representado naEquao 9.3CaO.2SiO2.3H2O + 6HCl 3CaCl2+ 2SiO2+ 6H2O (9)Uma segunda causa para a deteriorao do concreto a corroso eletroqumica queocorre nas armaduras de ao-carbono em seu interior. A Figura 3 ilustra dois exemplos

de corroso qumica em concreto armado e conseqente exposio da estrutura devergalhes de ao, a qual passvel de corroso eletroqumica.


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Figura 3: Corroso qumica em concreto armado: (a) poste; (b) mureta (BoaViagem, Niteri - RJ).

Corroso eletroltica

A corroso eletrolticase caracteriza por ser um processo eletroqumico, que se d com aaplicao de corrente eltrica externa, ou seja, trata- se de uma corrosono-espontnea. Esse fenmeno provocado por correntes de fuga, tambm chamadasde parasitas ou estranhas, e ocorre com freqncia em tubulaes de petrleo e de guapotvel, em cabos telefnicos enterrados, em tanques de postos de gasolina etc.Geralmente, essas correntes so devidas a deficincias de isolamento ou de

aterramento, fora de especificaes tcnicas. Normalmente, acontecem furos isoladosnas instalaes, onde a corrente escapa para o solo. A Figura 4 apresenta furos emtubos de ao-carbono causados por esse tipo de corroso.

Figura 4: Corroso eletroltica em tubos de ao-carbono provocada por correntede fuga: (a) em parte de um equipamento; (b) em uma tubulao industrial

Como minimizar os efeitos da corroso?

A corroso um permanente desafio ao homem, pois quanto mais a cincia cria, evoluie a tecnologia avana, mais ela encontra espao e maneiras de se fazer presente.s vezes, o custo de um novo material que substituir o antigo de 20 a 50 vezes maisalto, o que inviabiliza a reposio. Assim, na maioria das vezes, necessrio o empregode uma tcnica anticorrosiva. Os processos mais empregados para a preveno dacorroso so a proteo catdica e andica, os revestimentos e os inibidores decorroso.A proteo catdica a tcnica que transforma a estrutura metlica que se desejaproteger em uma pilha artificial, evitando, assim, que a estrutura se deteriore (Dutra eNunes, 1987). graas proteo catdica que tubulaes enterradas para o transportede gua, petrleo e gs, e grandes estruturas porturias e plataformas martimasoperam com segurana. A proteo catdica de estruturas metlicas baseada nainjeo de corrente eltrica por meio de duas tcnicas: aproteo por anodos galvnicos

(espontnea) e aproteo por corrente impressa (no-espontnea).A Figura 5 mostra um exemplo de proteo catdica por anodos de zinco, em navios,onde h a formao de uma pilha na qual, em funo de seu maior potencial deoxidao, o zinco atua como anodo e protege o ferro do casco do navio.

Figura 5: Pro teo catdica por anodo de z inco em casco de navio: (a) vista inferior do navio em dique seco;(b) fixao do anodo de zinco no casco do navio.

A proteo andica baseia-se na formao de uma pelcula protetora nos materiaismetlicos por aplicao de corrente andica externa, causando a passivao do metal.


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Apesar desse mtodo ser eficiente, apresenta aplicao restrita pois necessita decondies especficas (Gentil, 2003).Os revestimentos protetores geralmente so aplicados sobre superfcies metlicasformando uma barreira entre o metal e o meio corrosivo e, conseqentemente,impedindo ou minimizando o processo de corroso. As tintas, como as epoxdicas e ozarco, so revestimentos muito utilizados na proteo de tubulaes industriais, gradese portes. A galvanizao um mtodo que consiste na superposio de um metalmenos nobre sobre o metal que ser protegido. uma tcnica muita empregada, comono caso de parafusos de ferro galvanizados com zinco.Os inibidores de corrososo substncias inorgnicas ou orgnicas que, adicionadas ao

meio corrosivo, objetivam evitar, prevenir ou impedir o desenvolvimento das reaes decorroso, sejam elas na fase gasosa, aquosa ou oleosa.Nas ltimas dcadas, com o intuito de evitar ou minimizar os inconvenientes causadospelos processos corrosivos, tm sido desenvolvidos e estudados novos materiais maisresistentes e duradouros, como ligas metlicas, polmeros e cermicas. Grandesindstrias em todo o mundo tambm tm investido em pesquisas no sentido de repensarprojetos e processos em busca de solues combinatrias, ao mesmo tempo maiseficazes e menos onerosas.

A corroso no ensino de Qumica

Ao avaliar os diferentes tipos de corroso, tem-se um conjunto de fenmenos qumicosque representam situaes comuns no dia-a-dia do aluno de Ensino Mdio, como danosem eletrodomsticos e monumentos histricos. Assim, esse tema permite desenvolverdiversos contedos, como reaes de compostos inorgnicos, oxi-reduo, cinticaqumica, equilbrio qumico e eletroqumica, alm dos casos de corroso em polmero

orgnicos. Ao se contextualizar o ensino, tem-se a possibilidade de abordar a relaoentre a Qumica e os aspectos sociais, econmicos, ambientais e histricos, bem como dodesenvolvimento de atividades interdisciplinares.

Referncias

DUTRA, A.C. e NUNES, L.P.Proteo catdica - Tcnica de combate corroso. Rio deJaneiro: Editora Tcnica, 1987.

1.

GENTIL, V. Corroso. 4 ed. Rio de Janeiro: Livros Tcnicos e Cientficos, 2003.2.NUNES, L.P. e LOBO, A.C.O.Pintura industrial na proteo anticorrosiva. Rio de Janeiro:Livros Tcnicos e Cientficos, 1990.

3.

Saiba Mais

BOCCHI, N.; FERRACIN, L.C. e BIAGGIO, S.R. Pilhas e baterias: funcionamento e impactoambiental. Qumica Nova na Escola, n. 11, p. 3-7, 2000.qnesc.sbq.org.br/online/qnesc11/v11a01.pdf

1.

POURBAIX, M.Lies de corroso electroqumica. 3 ed. Trad. M.E.M. Almeida e C.M.Oliveira. Bruxelas: CEBELCOR, 1987.

2.

MAINIER, F.B.; GUIMARES, P.I.C. e MERON, F. Experimentos utilizados nadeterminao de taxas de corroso em materiais metlicos.Anais do XXX Congresso

Brasileiro de Ensino de Engenharia. Piracicaba, SP, 2002.

3.

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